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Fisiologia e distúrbios testiculares Fisiologia Testicular Os testículos sintetizam dois produtos importantes: a testosterona, necessária para o desenvolvimento e manutenção de muitas funções fisiológicas; e espermatozoides, necessários para a fertilidade masculina. A síntese de ambos os produtos é regulada por hormônios endócrinos produzidos no hipotálamo e hipófise, bem como localmente dentro do testículo. A testosterona é indispensável para a produção de espermatozoides, no entanto, tanto a testosterona quanto o hormônio folículo estimulante (FSH) são necessários para o desenvolvimento testicular ideal e a produção máxima de espermatozoides. O esperma é produzido através do processo extraordinariamente complexo e dinâmico da espermatogênese, que requer cooperação entre vários tipos de células testiculares. Embora seja sabido há muito tempo que a testosterona e a FSH regulam a espermatogênese, anos de pesquisa esclareceram muitos dos mecanismos intricados pelos quais as células-tronco espermatogônias se desenvolvem em espermatozoides móveis altamente especializados. A espermatogênese envolve as interações combinadas de hormônios endócrinos, mas também muitos fatores parácrinos e de crescimento, programas de expressão de genes e proteínas fortemente coordenados, bem como modificadores epigenéticos do genoma e diferentes espécies de RNA não-codificantes. RESUMO CLÍNICO Os testículos sintetizam dois produtos essenciais: a testosterona, necessária para o desenvolvimento e manutenção de muitas funções fisiológicas, incluindo a função normal do testículo; e espermatozoides, necessários para a fertilidade masculina. A síntese de ambos os produtos é regulada por hormônios endócrinos produzidos no hipotálamo e hipófise, bem como localmente dentro do testículo. A secreção do hormônio hipotalâmico liberador de gonadotrofinas (GnRH) estimula a produção do hormônio luteinizante (LH) e do hormônio folículo estimulante (FSH) pela hipófise. O LH é transportado na corrente sanguínea até os testículos, onde estimula as células de Leydig a produzir testosterona: isso pode agir como um andrógeno (via interação com os receptores androgênicos), mas também pode ser aromatizado para produzir estrogênios. Os testículos, por sua vez, retroalimentam o hipotálamo e a hipófise através da secreção de testosterona e inibina, em um ciclo de feedback negativo para limitar a produção de GnRH e gonodotrofina. Tanto os andrógenos quanto o FSH agem nos receptores dentro das células somáticas de suporte, as células de Sertoli, para estimular várias funções necessárias para a produção ideal de espermatozoides. A espermatogênese é o processo pelo qual as células germinativas masculinas imaturas se dividem, sofrem meiose e se diferenciam em espermatozoides haploides altamente especializados. A espermatogênese ideal requer a ação de testosterona (via receptores androgênicos) e FSH. A espermatogênese ocorre dentro dos túbulos seminíferos dos testículos. Esses túbulos formam alças longas e convolutas que passam para o mediastino dos testículos e se juntam a uma rede anastomótica de túbulos chamada rete testis. Os espermatozoides saem dos testículos pela rete e entram nos dúctulos eferentes antes de sua passagem e da maturação final no epidídimo. Os túbulos seminíferos são compostos do epitélio seminífero: as células somáticas de Sertoli e as células germinativas masculinas em desenvolvimento em vários estágios de desenvolvimento. Em torno do epitélio seminífero, há uma camada de membrana basal e camadas de células miofibroblásticas modificadas, denominadas células mióide peritubulares. Entre os túbulos encontra-se o espaço intersticial que contém vasos sanguíneos e linfáticos, células imunes, incluindo macrófagos e linfócitos, e as células esteroidogênicas de Leydig. O desenvolvimento de células germinativas masculinas depende absolutamente do suporte estrutural e nutricional das células de Sertoli somáticas. As células de Sertoli são grandes células colunares, com a sua base a residir na membrana basal do lado de fora dos túbulos seminíferos, e os seus processos apicais circundando as células germinais à medida que se desenvolvem em espermatozoides. Andrógenos (e estrogênios) e FSH agem nos receptores dentro das células de Sertoli: as células germinativas não possuem receptores de androgênio e FSH, portanto esses hormônios atuam diretamente nas células de Sertoli para apoiar a espermatogênese. As células de Sertoli regulam o ambiente interno do túbulo seminífero secretando fatores parácrinos e expressando os receptores da superfície celular necessários para o desenvolvimento das células germinativas. As células de Sertoli formam junções estreitas intercelulares em sua base: essas junções de oclusão evitam a difusão de substâncias do interstício nos túbulos e criam um meio especializado necessário para o desenvolvimento de células germinativas. Essas junções são um componente importante da chamada "barreira de sangue- testículos", em que a passagem de substâncias da circulação é impedida de entrar na parte interna dos túbulos seminíferos. As células germinativas mais imaturas, incluindo as células-tronco germinativas, residem perto da membrana basal dos túbulos seminíferos e, portanto, têm livre acesso a fatores do interstício, porém células germinativas em meiose e diferenciação de células haplóides se desenvolvem “acima” da barreira hematológica. e, portanto, são inteiramente dependentes do microambiente das células de Sertoli. Os túbulos seminíferos também são um ambiente imuno-privilegiado. As células germinativas meióticas e pós-meióticas desenvolvem-se após o estabelecimento da tolerância imunológica, e podem assim ser reconhecidas como “estranhas” pelo sistema imunológico, portanto os túbulos seminíferos, através de vários mecanismos diferentes, incluindo a barreira testicular, excluem ativamente células imunes e fatores entram nos túbulos seminíferos e são expostos a células germinativas meióticas e haplóides. O número de células de Sertoli determina a produção final espermatogênica dos testículos. Em humanos, as células de Sertoli proliferam durante o período neonatal e fetal e novamente antes da puberdade. Na puberdade, as células de Sertoli cessam a proliferação e atingem um fenótipo maduro, terminalmente diferenciado, capaz de suportar a espermatogênese. Distúrbios causados pela proliferação de células de Sertoli durante esses períodos podem resultar em testículos menores com menor produção de espermatozóides. Por outro lado, distúrbios na cessação da proliferação podem resultar em testículos maiores com mais células de Sertoli e uma maior produção de espermatozóides. Parece provável que a falha de muitos homens com hipogonadismo hipogonadotrófico congênito (HH) em atingir o tamanho testicular normal e a produção espermática, quando tratados por estimulação gonadotrópica, possa resultar da proliferação deficiente de células de Sertoli durante a vida fetal e pré-puberal. A ação de ambos os andrógenos e FSH em células de Sertoli é necessária para a capacidade das células de Sertoli para suportar a espermatogênese completa. Além disso, a expressão de muitos genes e fatores parácrinos dentro das células de Sertoli é necessária para a espermatogênese. A espermatogênese depende da capacidade das células de Leydig de produzir testosterona sob a influência do LH. As células fetais de Leydig aparecem após a diferenciação sexual gonadal (semanas gestacionais 7-8 em humanos) e, sob a estimulação da gonadotrofina coriônica humana placentária (hCG), resulta na produção de testosterona durante a gestação.Em humanos, as células fetais diminuem em número em direção ao termo e perdem-se do interstício aos doze meses de idade. A população adulta de células de Leydig no ser humano surge da divisão e diferenciação de células precursoras mesenquimais sob a influência do LH na puberdade. Fatores secretados pelas células de Sertoli e células mióide peritubulares também são necessários para o desenvolvimento de células de Leydig e esteroidogênese. A esteroidogênese das células de Leydig ideal também depende de um complemento normal de macrófagos dentro do interstício testicular, bem como da presença de receptores androgênicos em células mióides peritubulares, presumivelmente porque essas células secretam fatores necessários para o desenvolvimento e função das células de Leydig. O processo de espermatogênese inicia-se no testículo fetal, quando a população de células de Sertoli é especificada no testículo embrionário, sob a influência de fatores determinantes do sexo masculino, como SRY e SOX9. As células de Sertoli recém-especificadas encerram e formam estruturas de cordão seminífero e direcionam as células germinativas primordiais a se comprometerem com a via masculina de expressão gênica. As células fetais de Sertoli proliferam e impulsionam o alongamento do cordão seminífero; esse processo também depende de fatores secretados pelas células de Leydig. No testículo neonatal, as células germinativas primordiais passam por uma maturação adicional e migram para o embasamento dos túbulos seminíferos, onde fornecem um conjunto de células germinativas precursoras para a espermatogênese pós-natal. As espermatogônias são o tipo de célula germinativa mais imaturo. Essa população heterogênea inclui células-tronco espermatogônias, que se auto- renovam ao longo da vida para fornecer um conjunto de células-tronco disponíveis para a espermatogênese, bem como células em proliferação que se diferenciam e se comprometem a entrar na meiose. O desenvolvimento espermatogonial é hormonalmente independente e, como tal, está presente mesmo na ausência de GnRH. As espermatogônias acabam se diferenciando em espermatócitos que passam pelo processo de meiose que começa com a síntese de DNA, resultando em um gameta tetraplóide. Durante a longa prófase meiótica, que dura ~ 2 semanas, ocorre um par de cromossomos homólogos e uma recombinação meiótica; isso envolve a indução e o reparo de quebras de fita dupla do DNA, permitindo a troca de informações genéticas entre cromossomos emparelhados, criando, assim, diversidade genética entre os gametas. No final da prófase, as células meióticas passam por duas divisões redutivas rápidas e sucessivas para produzir espermátides haplóides. A conclusão da meiose depende absolutamente da ação dos andrógenos nas células de Sertoli; na ausência de andrógeno, não serão produzidas espermátides haplóides. Formado espermatozoides diferenciados de forma arredondada e recém- formada, sem divisão adicional, no espermatozoide altamente especializado durante o processo de espermiogênese. Isto envolve muitos processos complexos, incluindo o desenvolvimento do acrossoma (uma organela sobre a área da cabeça do espermatozoide que contém as enzimas necessárias para penetrar a zona pelúcida do oócito e, assim, facilitar a fertilização), os flagelos (a estrutura baseada em microtúbulos móveis necessária para a motilidade dos espermatozoides) e a remodelação do DNA da espermátide em uma estrutura firmemente enroscado dentro de um pequeno núcleo, simplificada, que não irá dificultar a motilidade. Esta remodelação do DNA envolve a cessação da transcrição do gene até 2 semanas antes da maturação final do espermatozoide; portanto, a espermiogênese envolve o atraso translacional de muitos mRNAs que precisam ser considerados em seu desenvolvimento final. A espermatogênese termina com o processo de espermização. Isto envolve a remoção de largura, revelando a espermatozoides maduros do citoplasma espermátide racionalizado, e a retirada final de esperma a partir das células de Sertoli para o lúmen dos túbulos antes da sua passagem para o epidídimo. Tanto a sobrevivência das espermátides durante a espermiogênese quanto a sua liberação do espermatozoide dependem dos níveis ótimos de androgênio e FSH. A espermatogênese é um processo longo, que leva até 64 dias no ser humano, e sua complexidade inerente exige precisão no tempo e organização espacial. Dentro dos túbulos seminíferos, as células de Sertoli e as células germinais circundantes em várias fases de desenvolvimento estão altamente envolvidas em uma série de associações celulares, conhecidas como estágios. Essas etapas resultam do fato de que um determinado tipo de célula espermatogonial, quando aparece no epitélio, está sempre associado a um estágio específico de meiose e desenvolvimento de espermatídeo. Os cursos seguem um ao outro ao longo do comprimento do túbulo, e a conclusão de uma série de cursos é denominada "ciclo". Este ciclo é a longo prazo, mas em muitos casos é entrelaçado em um padrão helicoidal; assim, um túbulo seminífero humano visto em seção transversal conterá até três estágios. A conclusão de um ciclo resulta na liberação de espermatozoides maduros no lúmen tubular; os anéis são repetidos ao longo dos túbulos, resultando em "pulsos" constantes de produção de espermatozoides. Esses pulsos de liberação de espermatozoides permitem que os testículos tenham espermatozoides continuamente produzidos, com o homem médio normospérmico capaz de produzir aproximadamente 1000 espermatozoides por batimento cardíaco. O momento preciso e a coordenação da espermatogênese são alcançados por muitos fatores. Evidências emergentes sugerem que o ácido retinóico é um dos principais impulsionadores da espermatogênese. Um pulso preciso de ação do ácido retinóico é entregue a um estágio particular do ciclo espermatogênico; esse pulso é obtido pela expressão de enzimas envolvidas na síntese, degradação e armazenamento do ácido retinóico e pela expressão local dos receptores do ácido retinóico. Este pulso de ácido retinóico afeta diretamente a espermatogônia à sua entrada na via comprometida com a meiose. Também atua diretamente nas células de Sertoli para regular suas funções cíclicas. As células de Sertoli contêm um "relógio" interno que lhes permite expressar genes e proteínas em momentos precisos. Este relógio pode ser afetado pelo ácido retinóico, mas o tempo do relógio pode ser influenciado pelas próprias células germinativas. O momento da espermatogênese também se relaciona com um programa extraordinariamente complexo de transcrição de genes e tradução de proteínas. O splicing alternativo de mRNA é altamente prevalente nos testículos, e muitos transcritos específicos de gernes que são importantes para a procissão de desenvolvimento de células germinativas. RNAs não-codificantes, incluindo microRNAs, pequenos RNAs de interferência, piRNAs e RNAs não-codificadores longos, são altamente expressos nos testículos, particularmente pelas células germinativas. De fato, estudos em células germinativas masculinas foram relatados no campo da biologia e na função de RNAs não-codificantes. Estes RNAs não-codificantes têm muitos e variados papéis e são necessários para o programa de transcrição realizado durante a meiose e a espermiogênese. A célula germinativa transmite informações genéticas e epigenéticas para a prole. Alterações epigenéticas do genoma são hereditárias; Processos epigenéticos, como a metilação do DNA e as modificações das histonas, regulam a estrutura da cromatina e modulam a transcrição e o silenciamento do gene. Os principais processadoresde células germinativas da programação epigenética no testículo fetal, durante o genoma de metilação e re-metilação, estabelecem o padrão epigenético específico da linhagem germinativa que é finalmente transmitido à prole. O epigenoma do esperma é então remodelado durante a espermatogênese pós-natal por vários mecanismos. É bem conhecido que pode ser usado para tratar o epigenoma e seus efeitos. Está claro que a espermatogênese está relacionada a muitos fatores intrínsecos e extrínsecos. No entanto, a espermatogênese é absolutamente dependente da secreção de andrógenos pelas células de Leydig; os andrógenos estimulam e mantêm o desenvolvimento das células germinativas ao longo da vida. Os níveis de testosterona testicular são muito altos, em virtude de sua produção local, mas são muito maiores do que os requeridos para a iniciação e manutenção da espermatogênese. Ação androgênica para receptores em células humanas e células peritoneais e células séricas para esteroidogênese e espermatogênese normais. Embora a testosterona seja essencial para a espermatogênese, também é importante notar que a administração exógena de testosterona resulta em níveis séricos suprafisiológicos suaves suprimiu a secreção de gonadotrofinas via efeitos de feedback negativo no hipotálamo e hipófise, levando à cessação da produção de espermatozoides. Em contraste com os andrógenos, a espermatogênese pode ocorrer na ausência de FSH; entretanto, os testes são menores e a produção de espermatozoides é reduzida. Isso se deve ao papel do FSH na proliferação e diferenciação peri-púberes das células de Sertoli e na manutenção da sobrevivência das células germinativas. Considerando que a FSH não é, portanto, essencial para a espermatogênese, considera-se que a espermatogênese ideal requer as ações combinadas de ambos, androgênio e FSH, com ambos os hormônios tendo efeitos independentes, cooperativos e sinérgicos para promover a produção máxima de espermatozoides. Esses fatores são importantes na estimulação da espermatogênese no cenário da HH. Como os andrógenos são essenciais para o início da produção de espermatozoides, a indução da espermatogênese na HH adquirida após a administração de hCG (como substituto do LH). Terapia prolongada é necessária para produzir espermatozoides no ejaculado, que a espermatogênese assume para produzir espermatozoides a partir de espermatogônias. O tratamento com apenas hCG pode ser suficiente para a indução da espermatogênese em homens com efeitos em grande escala da ação do FSH, no entanto, para muitos homens e particularmente para aqueles com HH congênita, a co-administração de FSH é necessária para a estimulação máxima de saída de espermatozoides. HH, FSH é usado para induzir a maturação das células de Sertoli, associado com HH e testículos menores beneficiam da co-administração de FSH devido às ações sinérgicas de FSH e andrógenos na espermatogênese. Em resumo, os testículos, sob a influência de gonadotrofinas, produzem testosterona e espermatozoides. Esses processos requerem as ações coordenadas de vários tipos de células e a secreção de fatores parácrinos. A espermatogênese é um processo longo e complexo que está ligado a múltiplas células somáticas e à expressão coordenada de genes, proteínas e RNAs não- codificantes. Existem vulnerabilidades inerentes na espermatogênese, o que significa que o estilo de vida e os fatores ambientais podem potencialmente influenciar o epigenoma do esperma de um homem, sua fertilidade e a saúde de seus futuros filhos. ANATOMIA GERAL DO SISTEMA REPRODUTIVO MASCULINO O testículo O testículo encontra-se dentro do escroto e é coberto em todas as superfícies, exceto por sua borda posterior, por uma membrana serosa chamada túnica vaginal. Essa estrutura forma uma cavidade fechada dos remanescentes do processo vaginal no qual o testículo desce durante o desenvolvimento fetal. Ao lado de sua borda posterior, o testículo está fracamente ligado ao epidídimo, que está na extremidade inferior do ducto deferente. As relações da túnica vaginal com os testículos e o epidídimo são ilustradas a partir da vista lateral e de duas seções transversais no nível da cabeça e do meio do corpo do epidídimo. As setas largas indicam o seio do epidídimo posteriormente. O testículo é coberto por uma cápsula fibrosa de tecido conjuntivo chamada túnica albugínea. A partir desta estrutura, finos septos imperfeitos na direção posterior para unir o espessamento fibroso da parte posterior da túnica albugínea chamada mediastino do testículo. O testículo é, portanto, incompletamente dividido em uma série de lóbulos. Dentro desses lóbulos, os túbulos seminíferos formam alças, cujas extremidades terminais estendem extensões tubulares retas, chamadas tubuli recti, que passam para o mediastino do testículo e se juntam a uma rede anastomótica de túbulos chamada rete testis. Do testículo ressis, no humano, uma série de seis a doze dutos eferentes finos se juntam para formar o ducto do epidídimo. Este ducto, com aproximadamente 5-6m de comprimento no ser humano, é extensamente enrolado e forma a estrutura do epidídimo que pode ser dividida em cabeça, corpo e cauda do epidídimo. Em seu pólo distal, a cauda do epidídimo dá origem ao canal deferente. O arranjo dos ductos eferentes e as subdivisões do epidídimo são mostrados. O suprimento arterial para o testículo surge no nível da segunda vértebra lombar da aorta à direita e da artéria renal à esquerda e esses vasos descendem retroperitonealmente até o canal inguinal, formando parte do cordão espermático. A artéria testicular entra no testículo em sua superfície posterior, enviando uma rede de ramos que correm profundamente ao túnel da albugínea antes de entrar na substância do testículo. A drenagem venosa passa posteriormente e emerge no polo superior do testículo como um plexo dos venões denominado plexo pampiniforme. À medida que essas veias ascendem, elas envolvem a artéria testicular, formando a base de um sistema de troca de calor contracorrente que auxilia na manutenção de um diferencial de temperatura entre o testículo colocado escrotalmente e a temperatura intra-abdominal. O arranjo da vasculatura do testículo na região do cordão espermático distal e testículo é mostrado. O trato reprodutivo distal O ducto deferente sobe do testículo em sua superfície posterior como um componente do cordão espermático que passa pelo canal inguinal e desce na parede póstero-lateral da pelve para alcançar o aspecto posterior da bexiga, onde sua extremidade distal é dilatada, formando a ampola de vas. Neste local junta-se o ducto da vesícula seminal, de cada lado, para formar um ducto ejaculatório que passa pela substância da próstata para entrar na uretra prostática. As vesículas seminais e a próstata, a última das quais se abre por uma série de pequenos ductos na uretra prostática, contribuem com aproximadamente 90-95% do volume do ejaculado. Durante o processo de ejaculação, estes conteúdos, juntamente com os espermatozoides transportados através dos vasos, são descarregados através da uretra prostática e peniana. A ejaculação retrógrada é evitada pela contração do esfíncter interno da bexiga durante a ejaculação. A falha deste esfíncter em contrair resulta em ejaculação retrógrada e baixo volume de sêmen. O diagrama mostra a relação entre os ductos deferentes, as vesículas seminais, o aspecto posterior da bexiga e a próstata. As características citológicas do epitélio das vesículas seminais são mostradas: este tecido é dependente de andrógeno. UMA VISÃO GERAL DA ESPERMATOGÊNESE A espermatogêneseé o processo pelo qual as células germinativas precursoras denominadas espermatogônias passam por uma série complexa de divisões para dar origem a espermatozoides. Esse processo ocorre dentro do epitélio seminífero, uma estrutura complexa composta de células germinativas e células somáticas de suporte radialmente orientadas, chamadas células de Sertoli. As últimas células se estendem da membrana basal dos túbulos seminíferos para alcançar o lúmen. Os perfis citoplasmáticos das células de Sertoli são extremamente complexos, uma vez que essa célula estende uma série de processos que envolvem as células germinativas adjacentes em um padrão arbóreo. O painel superior ilustra a estrutura típica do epitélio seminífero humano contendo as células germinativas e as células de Sertoli. A posição dos núcleos das células de Sertoli dentro do epitélio é indicada, assim como o lúmen dos túbulos. Os túbulos são cercados por células contráteis finas, semelhantes a placas, chamadas células mióide peritubulares. As células de Leydig e vasos sanguíneos estão dentro do interstício. O painel inferior ilustra a morfologia nuclear dos principais tipos celulares encontrados no epitélio seminífero humano, mostrando o progresso da espermatogênese a partir de espermatogônias imaturas através de meiose e espermiogênese para produzir espermátides maduras alongadas. Abreviaturas: Anúncio: Uma espermatogonia escura, Ap: A espermatogonia pálida, B: espermatogônias do tipo B, Pl: espermatócito pré-leptoteno, LZ: leptoteno ao espermatócito zigoteno, PS: espermatócito paquíteno, M: divisão meiótica, rST: espermátide redonda, elST: alongamento espermatida, eST: espermátide alongada. Todas as micrografias de células germinativas foram tomadas com a mesma ampliação para indicar o tamanho relativo. A espermatogênese pode ser dividida em três fases principais (i) proliferação e diferenciação de espermatogônias, (ii) meiose e (iii) espermiogênese, que representa uma complexa metamorfose de células germinativas haplóides redondas na estrutura altamente especializada do espermatozóide. É importante notar que, como as células germinativas se dividem e se diferenciam por essas fases, elas não se separam completamente após a mitose, mas permanecem unidas pelas pontes intercelulares. Essas pontes intercelulares persistem durante todos os estágios da espermatogênese e são pensadas para facilitar as interações bioquímicas, permitindo a sincronia da maturação das células germinativas. Renovação Espermatogonial e Diferenciação As espermatogônias são precursoras de células germinativas masculinas que residem perto da membrana basal do epitélio seminífero. Células-tronco espermatogônias (SSC) se dividem para renovar a população de células-tronco e fornecer espermatogônias que estão comprometidas com a via de diferenciação espermatogênica. O rato adulto e o SSC humano são pluripotentes e têm a capacidade de se diferenciar em derivados de todas as três camadas germinativas. Em geral, dois tipos principais de espermatogônias, conhecidos como Tipo A e B, podem ser identificados em testículos de mamíferos com base na morfologia nuclear. As espermatogias do tipo A exibem cromatina nuclear fina de coloração pálida e são consideradas como incluindo o conjunto de SSC, o conjunto de espermatogônias indiferenciadas (Aundiff) e as espermatogônias que se tornaram comprometidas com a diferenciação (Adiff). O pool de Aundiff é composto por SSC, espermatogônias A únicas (A) e cistos interconectados de duas espermatogônias indiferenciadas 2 (conhecidas como A emparelhadas, ou Apr) ou mais (alinhadas ou Aal) que permanecem conectadas por pontes intercelulares. Uma vez por ciclo, as células Aundiff se transformam em células Adiff, que são então designadas A1, A2, etc. As espermatogônias do tipo Adiff finalmente se dividem para produzir espermatogônias do tipo B. As espermatogônias tipo B apresentam coleções de cromatina grossa próximas à membrana nuclear e representam as espermatogônias mais diferenciadas que estão comprometidas com a entrada na meiose. Estudos recentes têm se concentrado em dissecar as propriedades moleculares dos vários subtipos espermatogonais em um esforço para identificar a população de testículos. Estudos também investigaram seu comportamento clonal à medida que se dividem e diferenciam. A técnica pioneira de transplante de espermatogônias é utilizada para determinar a capacidade regenerativa de uma população de células e definir subtipos com potencial de SSC. O atual modelo amplamente aceito de divisão e diferenciação espermatogonial Tipo A inclui o conceito de As representando a população espermatogonial menos diferenciada. Dentro dessa população, algumas células As expressam a proteína ID4 e possuem propriedades regenerativas e de autorrenovação, sugerindo que estas são as verdadeiras células-tronco do testículo adulto. Como pode dividir completamente para renovar sua população, ou dividir incompletamente para produzir células de apr, o que representa um passo inicial para a diferenciação. As células Apr subsequentemente se dividem para produzir células Aal que então se dividem para produzir cadeias (ou cistos) de espermatogônias mais diferenciadas, denominadas Aal4-16. À medida que os subtipos de A espermatogonia progridem através destes passos, há mudanças na sua assinatura molecular e na expressão de marcadores de superfície celular, provavelmente refletindo seu estado de diferenciação e capacidades funcionais. Estudos recentes de imagens in vivo de subtipos de espermatozoides A marcados com fluorescência desafiam alguns aspectos do modelo atual. Esses estudos sugerem que pode haver mais fluidez na transição entre os subtipos espermatogonais indiferenciados A (ou seja, As, Apr, Aal) e em sua capacidade de atingir as características do SSC. Estudos de imagem in vivo e marcação por pulso sugerem que a fragmentação de cistos espermatogoniais (por exemplo, fragmentação de clones Apr ou Aal) para produzir As é um fenômeno comumente observado, e estudos de modelagem biofísica sugerem que a fragmentação de clones Apr e Aal pode ser uma importante fonte de que pode então exibir comportamento de SSC. Assim, pode haver uma relação menos linear entre As → Apr → Aal e mais flexibilidade à medida que se fragmentam e transitam entre os subtipos. A fragmentação do clone parece ser um aspecto importante da cinética espermatogonial em estado estacionário, bem como durante o repovoamento do testículo após um insulto à espermatogênese, como por meio de radiação ou agentes quimioterápicos. Em humanos e outros primatas, as espermatogônias do Tipo A só podem ser classificadas em dois subtipos; Uma espermatogônia escura (Ad) e A pálida (Ap). Alguns investigadores propuseram que as espermatogônias do Ad são similares às do roedor, e assim representam a população espermatogonial de CEP ou reserva, enquanto outras sugeriram que as espermatogônias do Ap são a verdadeira célula-tronco do testículo. Estudos mais recentes sugerem que as espermatogônias do Ap também apresentam características de espermatogônias do tipo As em roedores, no entanto, ainda não está claro como os subtipos de espermatozoides do tipo A primata se relacionam com aqueles em roedores. Em primatas, ambas as espermatogônias Ap e Ad expressam o GFRα, um marcador de Aundiff em roedores. Como as espermatogônias de roedores, existem subpopulações heterogêneas dentro de espermatogônias de GFRα1 + humano. A diferenciação de espermatogônias em macacos está associada à translocação citoplasmática para nuclear do fator de transcrição SHLH1. Mais estudos sobre marcadoresde subtipos de espermatogônios de roedores, incluindo o SSC, e sua análise em testículos de primatas e humanos irão informar nossa compreensão da biologia espermatogonial humana. Meiose Meiose é o processo pelo qual os gametas passam por uma divisão redutiva para fornecer uma espermátide haplóide, e na qual a diversidade genética do gameta é assegurada através da troca de material genético. Durante a meiose I, a síntese de DNA é iniciada, resultando em um gameta tetraplóide. A troca de informação genética é alcançada durante a recombinação meiótica, que envolve a indução de quebras de fita dupla de DNA (DSBs) durante o pareamento de cromossomos homólogos e o reparo subsequente de DSBs usando cromossomos homólogos como modelos. Uma vez que a troca de material genético esteja completa, as células passam por duas divisões redutivas sucessivas para produzir espermatídeos haplóides. Este processo é governado por sistemas de pontos de verificação geneticamente programados. A meiose começa quando as espermatogônias do tipo B perdem o contato com a membrana basal e formam os espermatócitos primários do pré- estrepteno. Os espermatócitos primários pré-leptótenos iniciam a síntese de DNA e a condensação de cromossomos individuais começa, resultando no aparecimento de filamentos finos no núcleo que identificam o estágio do leptóteno. Nesta fase, cada cromossomo consiste de um par de cromátides. À medida que as células se movem para o estágio do zigoteno, há mais espessamento dessas cromátides e o pareamento de cromossomos homólogos. O aumento adicional do núcleo e condensação dos pares de cromossomos homólogos, denominados bivalentes, fornece as características nucleares do espermatócito primário do estágio paquíteno. Durante este estágio, há troca de material genético entre cromossomos homólogos derivados de fontes maternas e paternas, garantindo assim a diversidade genética dos gametas. Os locais de troca de material genético são marcados pelo aparecimento de quiasmas e estes tornam-se visíveis quando os cromossomos homólogos se separam ligeiramente durante o diplóteno. A troca de material genético envolve quebra da fita de DNA e subsequente reparo. A representação diagramática dos eventos ocorridos entre os cromossomos homólogos durante a prófase da primeira divisão meiótica mostra o período de síntese do DNA, a formação do complexo sinaptônico e os processos envolvidos na recombinação. O estágio de diploteno é reconhecido pela separação parcial dos pares homólogos de cromossomos que ainda permanecem unidos em seus quiasmas e cada um ainda é composto de um par de cromátides. Com a dissolução da membrana nuclear, os cromossomos se alinham em um fuso e cada membro do par homólogo se move para os pólos opostos do fuso durante a anáfase. As células filhas resultantes são chamadas de espermatócitos secundários e contêm o número haplóide de cromossomos, mas, como cada cromossomo é composto de um par de cromátides, o conteúdo de DNA ainda é diplóide. Após uma curta interfase, que no humano representa aproximadamente seis horas, os espermatócitos secundários iniciam uma segunda divisão meiótica, durante a qual as cromátides de cada cromossomo se movem para pólos opostos do fuso formando células filhas que são conhecidas como espermátides arredondadas. A maturação meiótica no ser humano leva cerca de 24 dias para passar do estágio pré-leptóteno para a formação de espermátides arredondadas. É bem sabido que o avanço da idade materna está associado ao aumento dos erros meióticos que levam à redução da qualidade dos gametas, no entanto, se esse fenômeno ocorre no sexo masculino, tem sido objeto de debate. Um estudo recente em camundongos mostrou que a idade avançada foi associada com aumento de defeitos no pareamento cromossômico, no entanto, nenhum aumento na aneuploidia foi observado na Metáfase II, sugerindo que tais erros foram corrigidos durante os checkpoints de metáfase em homens. Portanto, a idade avançada, pelo menos em camundongos, tem mais impacto sobre a aneuploidia de gametas em fêmeas em comparação aos machos. Espermogênese A transformação de uma espermátide redonda em um espermatozoide representa uma sequência complexa de eventos que constituem o processo de espermiogênese. Nenhuma divisão celular ocorre, mas uma célula redonda convencional é convertida em um espermatozoide com a capacidade de motilidade. Os passos básicos neste processo são consistentes entre todas as espécies e consistem em (a) a formação das alterações nucleares do acrossoma (b) (c) o desenvolvimento do flagelo ou da cauda do espermatozóide (d) a reorganização do citoplasma e organelos celulares e (e) o processo de libertação da célula de Sertoli denominada espermiação. São mostradas como alterações durante uma espermiografia após uma transformação de uma espermídia em um espermatozoide maduro. A formação do acrossomo começa pela coalescência de uma série de grânulos do complexo de Golgi. Estes migram para entrar em contato com a membrana nuclear, onde formam uma estrutura semelhante a uma capa que se aplica a aproximadamente 30 a 50% da superfície nuclear. A biogênese do acrosoma começa no início do desenvolvimento da espermátide circular e se estende progressivamente como um "tampão" sobre o núcleo, à medida que as espermátides arredondadas se diferenciam ainda mais. Uma vez que o acrossoma esteja totalmente estendido, espermátides arredondadas começam o que é conhecido como a fase de alongamento da espermiogênese. Com o início do alongamento espermatídeo, o núcleo se polariza para um lado da célula e entra em justaposição com a membrana celular em uma região coberta pela capa acrossomal. Logo após essa polarização, a cromatina da espermátide começa a condensar visivelmente, formando grânulos progressivamente maiores e mais densos em elétrons, juntamente com uma mudança na forma do núcleo condensado. Essa mudança na forma nuclear varia significativamente entre as espécies. A condensação da cromatina é conseguida pela substituição de histonas ricas em lisina por proteínas transicionais que, por sua vez, são subsequentemente substituídas por protaminas ricas em arginina. A cromatina espermátida subsequentemente se torna altamente estabilizada e resistente à digestão pela enzima DNAse. Associada a essas mudanças está uma diminuição acentuada no volume nuclear e, mais importante, a cessação da transcrição gênica. Portanto, a fase subsequente de alongamento espermática prossegue na ausência de transcrição gênica ativa. No início do alongamento espermático, é formada uma complexa estrutura baseada em microtúbulos conhecida como manchete. A rede de microtúbulos emana de um anel perinuclear na base do acrossoma e se estende para fora no citoplasma. A manchete é muito oposta à membrana nuclear e acredita-se que ela participe da modelagem da cabeça nuclear, talvez exercendo uma força sobre o núcleo à medida que ele se move distalmente em direção à porção posterior do núcleo. A formação da cauda inicia-se precocemente na espermiogênese na fase redonda da espermátide, quando uma estrutura filamentosa emerge de um dos pares de centríolos que se encontram próximos ao complexo de Golgi. Associado às mudanças nas relações nuclear-citoplasmáticas, o flagelo em desenvolvimento e o par de centríolos se alojam em uma fossa no núcleo no polo oposto ao acrossomo. O núcleo central do filamento axial dos flagelos, chamado de axonema, consiste em nove microtúbulos duplos que circundam dois microtúbulos centrais únicos, o que representa um padrão comum encontrado nos cílios. Esta estruturabásica é modificada na região de sua articulação com o núcleo através da formação de uma estrutura complexa conhecida como peça de conexão. A metamorfose dos flagelos ocorre durante a fase de alongamento, à medida que adquire sua região cervical característica, partes média, principal e final. Acredita-se que o desenvolvimento dos flagelos envolva um mecanismo conhecido como Transporte Intra-Manchete (IMT), que é proposto para ser similar aos sistemas de Transporte Intra-Flagelar (IFT) usados em outras células ciliadas. A TMI envolve proteínas sendo "transportadas" do núcleo da espermatídeo até o flagelo em desenvolvimento por meio de motores moleculares viajando ao longo de "trilhas" de microtúbulos e actina filamentosa. As partes média e principal contêm os componentes da bainha mitocondrial e fibrosa, respectivamente, e incluem as fibras densas externas. As características bioquímicas desses componentes da cauda do esperma estão emergindo. Embora esses componentes forneçam alguma estabilidade estrutural à cauda, as evidências sugerem que eles podem servir como uma estrutura molecular para posicionar enzimas-chave críticas para a motilidade bem-sucedida do espermatozóide. Por exemplo, o CatSper 1, uma proteína associada à membrana plasmática de canal iônico presente na peça principal, demonstrou regular os fluxos iônicos de cálcio críticos para o processo de hiperativação da motilidade espermática associada à capacitação. Estudos demonstram que o CatSper, ou uma proteína diretamente associada, é um receptor de progesterona não genômico que medeia os efeitos da progesterona na hiperativação espermática e na reação acrossômica. Outros estudos mostraram que a membrana plasmática de ATPase 1 também está localizada na peça principal e tem mostrado ser crítica para o processo de hiperativação da motilidade espermática. Embora sejam complexos localizados na membrana plasmática, o TPX1 (também chamado de CRISP2), uma proteína localizada nas fibras densas externas da cauda e do acrossoma demonstrou regular a sinalização do cálcio do receptor de rianodina. A formação da bainha mitocondrial ocorre no momento da reorganização final do citoplasma e organelas da espermátide. As mitocôndrias que permaneceram em torno da periferia da espermátide agregam-se ao redor da parte proximal do flagelo para formar uma estrutura helicoidal complexa. As espermátides maduras alongadas passam por uma remodelação complexa adicional durante a espermiação, o processo pelo qual as espermátides maduras são remodeladas e depois libertadas das células de Sertoli antes da sua passagem para o epidídimo. Este remodelamento inclui a remoção de junções de adesão especializadas que asseguraram uma forte adesão da espermátide à célula de Sertoli durante o processo de alongamento, remodelação adicional da cabeça e acrossoma da espermátide e remoção do extenso citoplasma para produzir o espermatozóide aerodinâmico. O citoplasma da espermátide migra para uma posição caudal em torno da cauda e é marcadamente reduzido em volume. Algumas observações sugerem que os prolongamentos do citoplasma das células de Sertoli enviam projeções semelhantes a dedos, que invaginam a membrana celular do citoplasma das espermátides e literalmente "puxam" o citoplasma residual da espermátide. Os remanescentes do citoplasma da espermátide formam o que é chamado de corpo residual. Os corpos residuais contêm mitocôndrias, partículas lipídicas e ribossômicas, e são fagocitados e movidos para a base da célula de Sertoli, onde são decompostos por mecanismos lisossômicos. A liberação final de espermatozóides no final da espermiação é um evento instantâneo e provavelmente envolve cascatas de sinalização dependentes de fosforilação dentro da célula de Sertoli resultando em mudanças na natureza adesiva das moléculas de adesão celular, culminando na célula de Sertoli ”Da espermátide madura. As características morfológicas da espermiação são relativamente conservadas entre as espécies, particularmente entre os mamíferos. Espermização é altamente suscetível a perturbações por moduladores farmacológicos e por agentes que suprimem gonadotrofinas, e falha de espermiação pode ser reconhecida pela presença de núcleos espermatosos maduros e alongados sendo fagocitados pelas células de Sertoli. Corte transversal através da parte central em desenvolvimento da cauda do espermatozóide mostra a agregação de mitocôndrias (setas) circundando as fibras densas externas (rotuladas 1-9) que por sua vez envolvem o axonema composto de 9 microtúbulos duplos em torno de dois microtúbulos centrais. O ciclo do epitélio seminífero Dentro do epitélio seminífero, os tipos de células que constituem o processo da espermatogênese são altamente organizados para formar uma série de associações ou etapas celulares. Essas associações celulares, ou estágios da espermatogênese, resultam do fato de que um determinado tipo de célula espermatogonial, quando aparece no epitélio, está sempre associado a um estágio específico de meiose e desenvolvimento de espermatídeo. Os estágios seguem um ao outro ao longo do comprimento do túbulo seminífero, e a conclusão de uma série de estágios é denominada “ciclo”. Este ciclo ao longo do comprimento do túbulo é óbvio em roedores, porém em humanos a situação é mais complexa. A conclusão de um ciclo resulta na liberação de espermatozoides maduros no lúmen tubular; os ciclos são repetidos ao longo do comprimento dos túbulos, resultando em “pulsos” constantes de produção de espermatozoides ao longo dos túbulos. Assim, a natureza cíclica da espermatogênese permite a produção contínua de espermatozoides dentro dos testículos. Esses pulsos de liberação de espermatozoides ao longo do comprimento dos túbulos seminíferos permitem que os testículos produzam continuamente milhões de espermatozoides, com o homem médio normospérmico capaz de produzir aproximadamente 1000 espermatozóides por batimento cardíaco. O ciclo do epitélio seminífero foi definido por LeBlond e Clermont, como a série de mudanças em uma determinada área do túbulo seminífero entre duas aparências do mesmo estágio de desenvolvimento ou associação celular. Eles definiram 14 estágios no ciclo do rato com base nas 19 fases da espermiogênese, conforme identificado pela coloração com ácido periódico de Schiff (PAS). Com efeito, se fosse possível observar a mesma região do epitélio seminífero por microscopia de contraste de fase ao longo do tempo, a aparência progrediria ao longo dos 14 estágios antes do estágio I reaparecer. Eles também demonstraram que a duração de qualquer estágio foi proporcional à frequência com que foi observado nos testículos. Como espermatogônias tipo A em qualquer área do epitélio progridem através da meiose e espermiogênese para se tornarem espermatozoides, a área específica do túbulo passaria pelos 14 estágios quatro vezes. Em cada progressão, a progênie das espermatogônias se move progressivamente em direção ao lúmen do túbulo. O painel superior mostra uma representação esquemática das etapas do ciclo seminífero no rato e mostra os tipos de associações de células germinativas que formam as etapas. O palco é indicado por numerais romanos. Esses estágios seguem um ao outro de maneira cíclica ao longo do comprimento do túbulo seminífero, conforme ilustrado no diagrama no painel do meio. Exemplos da histologia do epitélio seminífero em dois estágios diferentes são dados no painel inferior. Estudos em muitas espécies de mamíferos demonstraram que o ciclo da espermatogênese poderia ser identificado para cada espécie, mas mostrou que a duração do ciclovariava para cada espécie. Em muitas espécies, especialmente no rato, o mesmo estágio da espermatogênese se estende por vários milímetros do túbulo adjacente e é possível, por observação sob transiluminação, dissecar comprimentos de túbulos seminíferos na mesma fase da espermatogênese. Tais observações confirmaram amplamente os estudos anteriores de Perey e colegas, de que os estágios da espermatogênese estavam dispostos sequencialmente ao longo do comprimento do túbulo. À medida que o ciclo progride, esse arranjo resultou em uma "onda de espermatogênese" ao longo do túbulo. Regaud interpretou suas observações corretamente pela afirmação "a onda está no espaço o que o ciclo é no tempo". Por muitos anos, os pesquisadores acreditavam que tal ciclo não ocorria nos testículos humanos, mas os cuidadosos estudos de Clermont mostraram que a espermatogênese humana poderia ser subdividida em seis estágios. No entanto, ao contrário do rato, cada estágio geralmente ocupava apenas um quadrante de qualquer seção transversal do túbulo, dando a aparência desorganizada. Por estudos cuidadosos usando injeções de timidina tritiada no testículo, Clermont e Heller demonstraram que a duração do ciclo em humanos levou 16 dias e a progressão de espermatogônias para espermatozoides levou 70 dias ou quatro ciclos e meio do ciclo seminífero. Outros estudos mostraram que o comprimento do ciclo era específico para cada espécie (por exemplo, ratos 49 dias) e a progressão de cada tipo de célula na espermatogênese envolvia uma duração definida. É provável que a definição relativamente pobre de estágios nos túbulos seminíferos humanos, em comparação com o rato, seja devida a um maior número de espermatogônias que entram em cada fase do ciclo no rato, sendo que sua progênie celular ocupa, portanto, uma maior extensão do túbulo. Estudos de perfil transcricional descreveram os padrões de mudança da expressão gênica ao longo do ciclo espermatogênico de ratos, e demonstraram que as células de Sertoli e as células germinativas mostraram mudanças altamente coordenadas dependentes do estágio na expressão gênica. Os mecanismos subjacentes a essas restrições temporais na espermatogênese têm sido objeto de especulação sobre se estes foram intrínsecos ou foram impostos pelas células de Sertoli. A última proposição é apoiada pela demonstração de que quando as células germinais de rato foram transplantadas para o testículo de camundongo, a espermatogênese prosseguiu na taxa normal para o rato, indicando que a cinética do ciclo espermatogênico é determinada por mecanismos intrínsecos dentro das células germinativas. Em contraste, no entanto, as células de Sertoli demonstram expressão cíclica de certas proteínas no período embrionário e pré-puberal, mesmo na ausência de células germinativas. Estudos recentes demonstram que o ácido retinóico “ajusta o relógio” dentro das células de Sertoli pós-púberes, no entanto diferenciando células germinativas são necessárias para “afinar” o relógio. Tomadas em conjunto, estas observações demonstram que a célula de Sertoli contém um “relógio” que modula a expressão gênica e proteica cíclica, e que o tempo exato desse relógio é modulado pelas células germinativas. O PAPEL DAS CÉLULAS DE SERTOLI NA ESPERMATOGÊNESE As células de Sertoli têm uma relação física íntima com as células germinativas durante o processo de espermatogênese. As extensões citoplasmáticas que passam entre as populações de células germinativas ao redor da célula de Sertoli fornecem suporte estrutural através de um microfilamento e rede microtubular presentes no citoplasma da célula de Sertoli. Essa arquitetura não é estática, mas muda no túbulo, dependendo do estágio do processo espermatogênico. As células de Sertoli regulam o ambiente interno do túbulo seminífero. Esta regulação é facilitada por junções especializadas do tipo oclusão de células inter-Sertoli que são formadas nos locais onde os processos do citoplasma das células adjacentes de células de Sertoli se encontram. Essas junções contribuem para a barreira do sangue testicular que regula a entrada de uma variedade de substâncias no túbulo seminífero. Estas junções de oclusão em direção à base das células de Sertoli impedem a difusão de substâncias do interstício para a parte interna do túbulo seminífero. Devido à localização das junções, as espermatogônias têm livre acesso a substâncias do interstício (incluindo a vasculatura), no entanto, as células germinativas “acima” dessa junção, incluindo células germinativas meióticas e pós-meióticas, têm acesso a fatores do interstício, restringido pela barreira hemato-testicular. Isso efetivamente divide o epitélio seminífero em um compartimento basal contendo espermatogônias e um compartimento adluminal contendo células germinativas meióticas e pós- meióticas. À medida que os espermatócitos do preleptoteno migram da membrana basal do túbulo para o compartimento adluminal, essas junções estreitas se abrem para permitir a migração celular e a reforma abaixo dos espermatócitos do pré-leptóteno que agora saem da membrana basal para formar espermatócitos leptótenos. A formação e a dissolução dessas especializações juncionais estão sob o controle de numerosos reguladores fisiológicos, incluindo os fatores endócrino e parácrino. As junções de células de Sertoli e a barreira do sangue-testículo são necessárias para a fertilidade. Essas junções permitem que o ambiente de células germinativas meióticas e pós-meióticas sejam controladas com precisão pela célula de Sertoli, permitindo a entrega precisamente programada de fatores unicamente necessários para o desenvolvimento de células germinativas. Por exemplo, a célula de Sertoli fornece substratos para glicólise de células germinativas; lactato, em vez de glicose, é o substrato preferido para a glicólise em espermatócitos primários e as células de Sertoli geram lactato a partir da glicose. Acredita-se que a barreira do sangue-testículo contribui para o ambiente imuno-privilegiado dentro do epitélio seminífero. As células germinativas meióticas e pós-meióticas desenvolvem-se após o estabelecimento da tolerância imunológica, e podem assim ser reconhecidas como “estranhas” pelo sistema imunológico, portanto esta barreira protege as células germinativas em desenvolvimento contra o ataque de células imunes. No entanto, alguns estudos mostram que os túbulos seminíferos continuam a excluir as células imunes quando as junções de células de Sertoli estão ausentes ou mesmo quando as células de Sertoli são removidas, levantando questões quanto ao papel preciso dessas junções no privilégio imunológico. Parece provável que muitos fatores, incluindo a produção de citocinas antinflamatórias, regulem o ambiente imuno- privilegiado dos testículos. No testículo de ratos adultos, a proteína ativina A tem seu pico no momento da remodelação da barreira hemato-testicular e migração dos espermatócitos do leptóteno para o compartimento adluminal, sugerindo que a ativina A poderia regular a função barreira do sangue testicular. Mais recentemente, foi demonstrado que a ação elevada da ativina A in vivo e in vitro suprime as junções estreitas das células de Sertoli, que formam um componente importante da barreira hemato-testicular, sugerindo que a ativina A poderia facilitar o remodelamento da barreira hematológica. Estudos recentes revelaram que a barreira hemato-testicular apresenta permeabilidade diferencial e pode excluir moléculas de tamanhos diferentes dependendo do seu estado funcional. Estudos de rastreamento mostraram que a barreira pode excluir todas as moléculas entre 0,6-150kDade tamanho quando está “completamente selada”, no entanto, em algumas situações e estágios, pode excluir grandes (150kDa + moléculas), mas permanecer permeável a moléculas menores. Esses estudos revelam que a barreira é mais seletiva em sua função do que se pensava anteriormente, e destacam a complexidade dessa estrutura e seu importante papel na espermatogênese. As células de Sertoli são indispensáveis para o desenvolvimento das células germinativas, pois fornecem suporte físico, metabólico e nutricional em intervalos de tempo precisos, conforme ditado pelo processo espermatogênico. Modelos de camundongos transgênicos revelaram muitos genes de células de Sertoli que são necessários para todos os aspectos da espermatogênese. Por exemplo, o fator de transcrição Etv5 nas células de Sertoli é essencial para a manutenção do nicho de células-tronco. As células de Sertoli respondem às necessidades mutáveis das células germinativas em desenvolvimento, como evidenciado pela notável especificidade de estágio nos padrões de expressão de muitos genes de células de Sertoli. O status de diferenciação das células de Sertoli está relacionado à sua capacidade de suportar a espermatogênese. Por exemplo, o hipotireoidismo perinatal prolonga a duração da proliferação de células de Sertoli, mas também atrasa sua maturação; isso também está associado a um atraso no início da espermatogênese. Acreditava-se amplamente que, uma vez que as células de Sertoli cessassem a proliferação pré-puberal, elas alcançaram o chamado fenótipo "terminalmente diferenciado". No entanto, agora está claro que as células de Sertoli podem desdiferenciar em certas condições de espermatogênese prejudicada. Por exemplo, uma perda de claudina 11 (uma proteína envolvida nas junções de oclusão de células de Sertoli) faz com que as células de Sertoli permaneçam proliferativas durante o desenvolvimento e percam o seu fenótipo epitelial. Células de Sertoli desdiferenciadas no ciclo celular não são observadas em homens normospérmicos, mas estão presentes em homens após 12 semanas de supressão de gonadotrofinas. Curiosamente, as células adultas de Sertoli podem até trans-diferenciar em células da granulosa na ausência do fator de transcrição de células de Sertoli Dmrt1; isso ativa a programação de células somáticas femininas mediada por Foxl2. Portanto, a manutenção de um fenótipo de células adultas de Sertoli é essencial para a espermatogênese normal. Embora seja sabido há muito tempo que uma célula de Sertoli saudável é necessária para o desenvolvimento de células germinativas, agora está claro que as células de Sertoli suportam o desenvolvimento e a função de outras células testiculares. Estudos recentes usando um modelo de rato de ablação aguda e específica de células de Sertoli revelaram que eles são essenciais para a manutenção do destino e função das células mioides peritubulares, e são necessários para o desenvolvimento de células de Leydig e esteroidogênese normal. Portanto, as células de Sertoli são necessárias para a produção de espermatozoides e andrógenos no testículo. A arquitetura geral da célula de Sertoli é mostrada. Observe os processos citoplasmáticos finos que se estendem entre as células germinativas. A célula de Sertoli está em contato com uma variedade de células germinativas e células de Sertoli adjacentes quando são consideradas as perspectivas tridimensionais. A posição da barreira hemato-testicular no epitélio seminífero, que é formado por junções firmes, oclusivas e de adesão entre células de Sertoli adjacentes. Essa barreira restringe a difusão de substâncias do interstício e dos vasos sanguíneos e, assim, permite que a célula de Sertoli determine o microambiente acima das junções. Essa barreira efetivamente divide o epitélio seminífero em dois compartimentos, o compartimento basal com acesso livre a substâncias de fora do túbulo e o compartimento adluminal, cujo ambiente é controlado pela célula de Sertoli. A meiose e a diferenciação das espermátides ocorrem no compartimento adluminal. As junções das células inter-Sertoli se remodelam transitoriamente para permitir que as células germinativas se movam dos compartimentos basal para o adluminal, enquanto protegem a funcionalidade da barreira. O número de células de Sertoli determina o potencial espermatogênico final do testículo. Em roedores, as células de Sertoli proliferam na vida fetal e pós-natal precoce e até na idade adulta, enquanto que em humanos há duas ondas de proliferação; durante o período neonatal e fetal, quando a população aumenta 5 vezes, e novamente antes da puberdade, quando a população aumenta mais de duas vezes. Estudos em camundongos mostram que a apoptose de células de Sertoli durante a vida fetal resulta em desenvolvimento anormal do cordão, testículos menores e tamanho reduzido dos túbulos seminíferos, sugerindo que a proliferação de células de Sertoli durante o período fetal é um fator importante na formação de túbulos seminíferos. O número de células de Sertoli determina a produção espermática total dos testículos, é enfatizado por estudos mostrando que a indução perinatal de hipotireoidismo aumenta a duração da proliferação de células de Sertoli, que por sua vez leva ao aumento do número de células de Sertoli e aumento produção de espermatozoides do testículo adulto. Outros mitógenos de células de Sertoli, como FSH e ativina, juntamente com a tiroxina, também podem exercer mudanças significativas no número de células de Sertoli no testículo, dependendo do padrão temporal de sua secreção. Este último deve ocorrer antes da cessação da proliferação de células de Sertoli. No rato, isso ocorre em cerca de 20 dias, enquanto no humano, as células de Sertoli deixam de se dividir durante o processo puberal. É possível que a falha de muitos homens com hipogonadismo hipogonadotrófico em atingir o tamanho testicular normal e contagens normais de espermatozoides, quando tratados por estimulação gonadotrófica, possa resultar de proliferação anormal de células de Sertoli durante a vida fetal e pré-puberal, resultando em um complemento de células de Sertoli diminuído. CÉLULAS DE LEYDIG E ESTEROIDOGÊNESE As células de Leydig estão dentro das regiões intertubulares do testículo e são encontradas adjacentes aos vasos sanguíneos e aos túbulos seminíferos. Eles são o tipo de célula responsável pela produção de testosterona, que é essencial para a manutenção da espermatogênese. Existem diferenças organizacionais muito significativas no tecido intertubular entre espécies que refletem o número de células de Leydig e diferentes arquiteturas envolvendo vasos sanguíneos e sinusóides linfáticos. Além disso, fibroblastos, macrófagos, linfócitos e pequenos números de mastócitos são encontrados nas regiões intertubulares dos testículos. Na maioria das espécies existem duas populações de células de Leydig, fetal e adulta, que diferem em termos de morfologia, síntese de andrógeno e regulação por fatores parácrinos e autócrinos. A população fetal aparece após a diferenciação sexual gonadal (semanas gestacionais 7-8 em humanos) e, sob a estimulação da hCG, resulta na produção de testosterona durante a gestação. No ser humano, essas células diminuem em número em direção ao termo e degeneram e são perdidas da região intertubular aos doze meses de idade, embora experimentos recentes de rastreamento de linhagem indicaram que as células fetais de Leydig persistem no testículo de roedores pós-natal. A população adulta de células de Leydig nos humanos resulta da estimulação do LH iniciada no momento da puberdade. Esta geração surge por divisãoe diferenciação de precursores mesenquimais sob a influência de LH. Evidências em humanos também apoiam uma terceira população de células de Leydig neonatal que tem um pico de 2-4 meses após o nascimento, embora sua função seja mal compreendida. Se as várias populações de células de Leydig compartilham ou não um precursor comum de células-tronco também permanece incerto. Muitos dos dados que investigam os sistemas de regulação de genes que controlam a diferenciação de células de Leydig fetal e adulta são derivados de modelos de roedores, e podem existir diferenças no ser humano. Por exemplo, a ação placentária de hCG através do receptor de LH / hCG é necessária para o desenvolvimento de células de Leydig fetal humano, mas não para células de Leydig fetal de ratinho. No entanto, ambas as espécies têm em comum os dois principais fatores que influenciam a diferenciação das células fetais de Leydig; Desert hedgehog (Dhh) e fator de crescimento derivado de plaquetas A (Pdgfa). Curiosamente, esses dois fatores são derivados de células de Sertoli e atuam de forma parácrina através de seus respectivos receptores, Patched1 (Ptch1) e receptor de fator de crescimento derivado de plaquetas A (Pdgfra), nas células fetais de Leydig para estimular a diferenciação e esteroidogênese. Dhh e Pdgfra também desempenham um papel importante no desenvolvimento de células adultas de Leydig. A deleção dirigida de células de Sertoli Dhh em camundongos causa grandes reduções no número de células fetais de Leydig e na síntese de andrógenos e resulta em testículos não descendentes e genitália externa feminizada. Um fenótipo semelhante, denominado disgenesia gonadal pura completa, é observado em pacientes, XY com mutações no gene DHH. Um número de outros genes reguladores importantes são também reconhecidos por influenciarem a diferenciação de células de Leydig fetal e adulta [ex: Wt1, Nrg1, Inhba. As células de Leydig têm a capacidade de sintetizar o colesterol a partir do acetato ou de absorver este substrato para a esteroidogênese das lipoproteínas. Típica de qualquer célula secretor de esteroides, a célula de Leydig contém abundante retículo endoplasmático liso e mitocôndrias que possuem cristas tubulares que são exclusivas das células esteroidogênicas. As enzimas necessárias para a esteroidogênese estão localizadas nas mitocôndrias e no retículo endoplasmático, exigindo transporte intracelular de substratos entre essas organelas para obter uma produção de andrógenos bem-sucedida. As células de Leydig também produzem o hormônio peptídico, fator 3 semelhante à insulina (INSL3), que está estruturalmente relacionado à família da insulina, IGF1 e IGF2. A disrupção direcionada do gene Insl3 em camundongos causa criptorquidia bilateral devido à falha do desenvolvimento do gubernaculum durante a embriogênese. Nos testículos adultos, o INSL3 age através de seu receptor, o RXFP2 (anteriormente conhecido como LGR8), encontrado tanto nas células germinativas meióticas quanto nas pós-meióticas, e nas próprias células de Leydig. No tecido do tipo "gubernacular", a expressão de RXFP2 é regulada positivamente pelo androgênio e abolida por um antagonista do receptor de andrógeno, sugerindo uma ligação entre a INSL3 e as vias de sinalização de andrógeno. O INSL3 tem uma função antiapoptótica no compartimento das células germinativas e pode fazer parte de um ciclo de feedback autócrino nas células de Leydig que respondem in vitro aumentando o AMP cíclico e a testosterona. Nos testículos humanos, o INSL3 é um biomarcador constitutivo do status de diferenciação de células de Leydig e do número de células, também conhecido como "capacidade funcional" das células de Leydig. Essa funcionalidade tem sido útil para acompanhar o início puberal e aumentar o volume testicular ou para avaliar o tratamento do hipogonadismo, mas não tem valor preditivo para a recuperação de espermatozoides em pacientes com síndrome de Klinefelter. Controle da Produção de Testosterona A testosterona é o principal andrógeno secretado pelas células de Leydig encontradas nos espaços intertubulares do testículo. Estas células surgem de precursores mesenquimais e estudos em ratos identificaram que estes precursores expressam o fator de crescimento derivado de plaquetas α, mas não a 3β hidroxiesteróide desidrogenase. Além disso, eles sugerem que muitos desses precursores estão situados muito próximos da superfície dos túbulos seminíferos. Um homem normal produz aproximadamente 7 mg de testosterona diariamente, mas também produz quantidades menores de andrógenos mais fracos, como androstenediona e dihidroepiandrosterona. Além da testosterona, através das ações da enzima 5α redutase, a dihidrotestosterona androgênica mais potente é produzida pelos testículos em quantidades menores. Os testículos também contribuem com aproximadamente 25% da produção diária total de 17β-estradiol através da ação local da enzima aromatase, que converte substratos androgênicos a esse estrogênio. O restante do estradiol circulante é produzido pelos tecidos adrenais e periféricos através das ações da aromatase. É importante reconhecer que o LH aumenta a transcrição de genes que codificam uma gama de enzimas na via esteroidogênica e que a estimulação contínua do LH resulta em hipertrofia e hiperplasia das células de Leydig. No homem normal, a natureza episódica da estimulação do LH provavelmente evita períodos prolongados de refratariedade das células de Leydig à estimulação do LH. Reconhece-se que a capacidade secretória de testosterona do testículo humano diminui em homens idosos e isto foi mostrado resultar de uma redução na eficácia do testículo em envelhecimento para responder a pulsos intravenosos de LH. Esses pesquisadores mostraram que a baixa regulação estimada da célula de Leydig obtida por pulsos de LH exógenos foi aumentada nesses homens idosos saudáveis, tornando-os refratários a impulsos adicionais por um período mais longo. É bem aceito que o nível de produção de andrógenos e estrogênios pelos testículos pode regular a massa óssea, com diminuição da produção causando osteoporose. Mais recentemente, a produção de osteocalcina por osso mostrou influenciar a função testicular. Usando co-culturas de osteoblastos com tecido testicular, a osteocalcina atuou via receptores acoplados à proteína G (Gprc6a) para estimular a produção de testosterona. Controle da função celular de Leydig por outros tipos de células testiculares Como aludido anteriormente, o desenvolvimento e a função das células de Leydig dependem criticamente de outros tipos de células testiculares, incluindo as células Sertoli-, germinal, macrófagos e mióides peritubulares. Em particular, um corpo significativo de evidências se acumulou a partir de estudos em roedores para sugerir que os túbulos seminíferos influenciam o número de células de Leydig, a maturação e a produção de testosterona. Estes dados emergem de várias abordagens experimentais em que foram demonstradas alterações na função das células de Leydig, incluindo o knockout ou a superexpressão do receptor de andrógeno ou outros genes de sinalização em células de Sertoli, interrupção temporária da espermatogênese via tratamento antagonista ou tóxico ou tratamento térmico, ou ablação aguda de Sertoli ou tipos de células germinativas para estudar mudanças globais na função das células de Leydig. Coletivamente, esses dados mostram que as células de Sertoli suportam o desenvolvimento e a sobrevivência das células de Leydig em adultos, recrutando e mantendo seus progenitores e regulando a função esteroidogênica. Estas conclusõessão apoiadas por observações de danos testiculares unilaterais, como o induzido por criptorquidismo ou ligadura do ducto eferente, em que as células de Leydig do testículo com dano espermatogênico mostram uma capacidade aumentada de biossíntese de testosterona e uma diminuição no número de receptores de LH. Em contraste, as células germinativas parecem ter pouco impacto direto na expressão gênica das células de Leydig na idade adulta, embora as células germinativas pós-meióticas tenham um grande impacto na expressão gênica das células de Sertoli. Embora mecanismos semelhantes sejam difíceis de identificar no ser humano, reconhece-se que níveis elevados de LH e baixas concentrações de testosterona, indicativos de comprometimento da função das células de Leydig, são encontrados em 15-20% dos homens com insuficiência grave de túbulos seminíferos. Outro suporte para o conceito de que o estado de espermatogênese pode afetar a função das células de Leydig em homens surgiu dos estudos de Andersson et al, que mostraram que concentrações mais baixas de testosterona e estradiol estavam presentes, e acompanhadas por níveis mais altos de LH níveis em homens inférteis. Eles concluíram que isso pode refletir uma extensão da disgenesia testicular para afetar a esteroidogênese ou, alternativamente, pode resultar de interações entre os compartimentos nos testículos. Há também um apoio crescente ao conceito de que fatores ambientais, como os ftalatos, são capazes de influenciar a função das células de Leydig. A exposição in utero de ratos ao di (n-butil) ftalato durante a janela de programação de masculinização na vida fetal demonstrou causar disgenesia testicular focal como expressa por agregação de células de Leydig e túbulos seminíferos malformados. Essas características estavam ligadas a níveis de testosterona intra-testicular comprometidos e a uma diminuição da distância ano-genital, um marcador emergente de ação androgênica deficiente no útero. Evidência convincente existe para demonstrar que outras células intersticiais também podem afetar a função das células de Leydig. Em particular, quando os macrófagos testiculares residentes estão ausentes, as células de Leydig não se desenvolvem normalmente, enquanto os macrófagos ativados suprimem a esteroidogênese das células de Leydig. A ação androgênica via receptor de andrógeno de células mioides peritubulares também é essencial para a diferenciação e função normal das células de Leydig adultas. A natureza dos fatores e mecanismos moleculares envolvidos na comunicação intercelular entre as células de Leydig e os vários outros tipos de células testiculares permanece desconhecida. PAPEL DAS CÉLULAS MIOIDES PERITUBULARES Externa à membrana basal do túbulo seminífero, existem várias camadas de células miofibroblásticas modificadas denominadas células mióide peritubulares (PMCs). As PMCs são contráteis e são responsáveis pelas contrações irregulares dos túbulos seminíferos que impulsionam o fluido dos túbulos seminíferos e liberam os espermatozoides através da rede tubular até o testículo da rete. A contratilidade do PMC é estimulada por vários fatores incluindo endotelina, prostaglandina F2 alfa e angiotensina. Essas contrações estão associadas a mudanças dramáticas na forma do PMC e em suas redes de actina do citoesqueleto. Os PMCs e as células de Sertoli contribuem para a composição da membrana basal que envolve os túbulos seminíferos. As PMCs também produzem vários fatores de crescimento, como a ativina A e fatores de crescimento derivados de plaquetas, que podem influenciar a função de outras células testiculares. Sabe-se há muito tempo que os CGPs influenciam a função das células de Sertoli e a expressão de proteínas, e a presença de células de Sertoli é necessária para o desenvolvimento e função normais da PMC. Os PMCs influenciam o número de células de Sertoli, função e capacidade de suportar o desenvolvimento de células germinativas, como revelado por estudos em camundongos sem expressão de receptores de andrógenos em PMCs. Este modelo também revelou que os PMCs influenciam o desenvolvimento de células de Leydig e a esteroidogênese. Outros estudos em camundongos transgênicos revelam que um receptor de R-espondina, LGR4, é seletivamente expresso em PMCs, participa da sinalização de Wnt / β-catenina e é necessário para o desenvolvimento de células germinativas durante a meiose. Os PMCs, sob a influência do androgênio, secretam o fator neurotrófico derivado da linhagem de células gliais (GDNF), necessário para a manutenção do nicho de células-tronco espermatogônias. Portanto, é claro que as PMCs modulam a espermatogênese através da regulação do desenvolvimento e função de Leydig, Sertoli e células germinativas. O REGULAMENTO DA ESPERMATOGÊNESE Muitos estudos nos últimos 30 anos focaram na regulação endócrina da espermatogênese. É claro que as gonadotrofinas LH e FSH são necessárias para a iniciação e manutenção da espermatogênese quantitativamente normal. A LH tem como alvo as células de Leydig para estimular a biossíntese de andrógenos, e os andrógenos resultantes (testosterona e seus metabólitos de androgênio) atuam sobre receptores dentro do epitélio seminífero para estimular e apoiar a espermatogênese. A FSH tem como alvo receptores nas células de Sertoli diretamente para apoiar a espermatogênese. No entanto, os papéis de outros fatores endócrinos, como a vitamina A e seu metabólito ácido retinóico, estão surgindo. Embora tanto os andrógenos quanto o FSH sejam necessários para a espermatogênese ideal, a espermatogênese depende da produção local de fatores de crescimento, moléculas de sinalização e outros mecanismos intrínsecos. Regulação do Desenvolvimento e Função das Células de Sertoli A complexidade da estrutura e função da célula de Sertoli é refletida na complexidade de sua regulação. A população de células de Sertoli é especificada no testículo embrionário, sob a influência de fatores determinantes do sexo masculino, como Sry e Sox9. As células embrionárias de Sertoli, recém-especificadas, envolvem e formam estruturas de cordão seminífero ao redor de células germinativas primordiais. A expressão da enzima de degradação do ácido retinóico Cyp26b1 e outros fatores pelas células de Sertoli iniciais (E12.5 no ratinho) controlam a especificação de células germinais primordiais para se comprometerem com a via masculina da expressão do gene e da meiose. As células de Sertoli proliferam e impulsionam o alongamento do cordão seminífero tardiamente no desenvolvimento embrionário; este processo é dependente da sinalização da ativina A das células de Leydig para as células de Sertoli. As células de Sertoli proliferam no final da vida fetal e antes da puberdade. Antes da puberdade, a saída de células de Sertoli de uma fase de maturação proliferativa imatura para uma fase de maturação não proliferativa representa uma importante decisão de destino celular que resulta no estabelecimento da população de células adultas de Sertoli. Modificações experimentais que interferem com esses períodos de proliferação e maturação de células de Sertoli podem afetar o tamanho final e a produção espermatogênica do testículo adulto; períodos prolongados de proliferação de células de Sertoli aumentam o tamanho dos testículos, enquanto que a interrupção prematura da proliferação e entrada na fase de maturação resulta em testículos menores (por exemplo. Vários fatores atuam como mitógenos para a proliferação imatura de células de Sertoli, incluindo FSH, hormônio tireoidiano e fatores de transcrição, como os genes Dmrt1 e Rhox, e vários outros genes